Bài giảng Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất

1Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất + Giả thiết của mặt đất: - Thay mặt đất lồi, lõm bằng mặt đất bằng phẳng - Bỏ qua sự thay đổi liên tục của chất đất - Bỏ qua sự thay đổi của đất theo chiều sâu - Thay mặt đất bất đồng nhất bằng mặt đất đồng nhất với tham số sao cho gây ra những ảnh hưởng giống mặt đất thực + Mặt đất phẳng - Khi cự ly thông tin đủ bé (nhỏ hơn 0,2 tầm nhìn thẳng R £ 0.2r0) thì mặt đất giữa anten phát và anten thu được xem là mặt phẳng. - Tầm nhìn thẳng r0 là khoảng cách từ anten phát đến anten thu và tiếp xúc với mặt đất - Tầm nhìn thẳng phụ thuộc vào chiều cao anten phát và aten thu 2Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất + Tầm nhìn thẳng h1 h2 A B C a O ( ) ( )2 22 2 2 20 1 2 1 1 2 22 2r a h a a h a ah h ah h= + - + + - = + + + 0 1 2 1 22 2 2 ( )r ah ah a h h» + = + Với a » 6370 km là bán kính trái đất 0 1 2[ ] 3.57 [ ] [ ]r km h m h mé ù= +ë û 3Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất + Sự phản xạ của sóng lên mặt đất phẳng (xem bằng phẳng) ta có mô hình 2 tia h2 h1 A A’ r1 r2 a g j B - Xét sóng phân cực đứng pxt EEE rrr += Dựa theo điều kiện bờ và mối quan hệ giữa Cường độ điện trường và cường độ từ trường ' ' 2 ' ' 2 sin cos sin cos p p pxd p p R e g e g e g e g - - = + - pxj px px px t E R R e E f-= = 4Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Xét sóng phân cực ngang ' 2 ' 2 sin cos sin cos p pxng p R g e g g e g - - = + - - Hệ số phản xạ 5Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Cường độ trường tại điểm thu t pxE E E= + r r r - Mô hình truyền sóng 2 tia; Công thức trường giao thoa h2 h1 A A’ r1 r2 a g j B Giả thiết: • Anten phát với công suất đưa vào Pt, hệ số hướng tính Dt, đặt ở độ cao h1. • Anten thu đặt cách anten phát một khoảng R, và ở độ cao h2. • Mặt đất với thông số m’ = 1, ep’ • Nguồn kích thích cho anten là nguồn điều hòa 6Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Mô hình truyền sóng 2 tia; Công thức trường giao thoa 2 1 241 2 cospx px px h hF R R r p f l é ù= + + +ê úë û ( )1 1 60 1j t krt t jpx PD E e R e r w b- -é ù= +ë û pxk rb f= D + tdE E F= 60 t t td PD E R = Hàm giao thoa F - Khi Rpx = -1 1 242 2cos 2 2cos 2 sin 2 h hF r p q p q l æ ö= + + = - =ç ÷ è ø 1 22h hr R D = 7Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Sự phụ thuộc của F vào R 8Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Sự phụ thuộc của F vào h 9Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Truyền sóng khi kể đến độ cong của mặt đất; khi cự ly thông tin lớn hơn 0.2r0 và nhỏ hơn 0.8r0 2 2 2 2' 2 rh h a = - 2 1 1 1' 2 rh h a = - 1 1 1 2 2 2 1 2 h rr h h h rr h h ì =ï +ï í ï = ï +î 10 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất + Sóng truyền theo phương thức nhiễu xạ là là mặt đất (anten đặt thấp) Xét môi trường (1) là không khí: e’ =1, m’ = 1, môi trường đất có e’p = e’d + j60lsd, m’d = 1. Xác định trường tại điểm B cách mặt đất một khỏang h. Áp dụng nguyên lý Huygen cho nguồn bức xạ thứ cấp là diện tích Frenel thứ 1 nằm tại mặt phân cách có bán kính là b 11 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất 2 2 d db h l læ ö= +ç ÷ è ø k k d d c n f c n f l l = = k d dn l l = 2 2 d kb l l» << 12 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất Áp dụng điều kiện bờ chính xác ky dy kx dx H H E E = = ' '' 120 120 120 p p ky kz dy dx kxH E H E E e ee p p p = - = = - = - ' ' ' 120 60 kz kz kx ky p p d d E EE H j p e e e ls = - = = - 13 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất Cấu trúc trường Mật độ công suất ( ) ( ) 1 Re 2 1 Re 2 x kz ky n kx ky E H E H p p * * = ´ = ´ r rr r rr 14 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất Công thức cường độ điện trường tại điểm thu với đất dẫn lý tưởng tdE E F= 60 2 2t t td PD E E R = = Công thức cường độ điện trường tại điểm thu với đất bán dẫn (công thức Vanderpol) tdE E F= ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2'' 2' 2 2' 1 601 60 d dp p d d R Rx x e lsep p l e l e ls - +- = Þ = + 15 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Khi x £ 25 - Khi x > 25 2 2 0.3 2 2 0.6 x F x x + = + + 1 2 F x = 16 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất + Truyền sóng trong tầng đối lưu - Thông số vật lý: Mật độ chất khí Nhiệt độ Độ ẩm à Tầng đối lưu thường - Thông số điện tầng đối lưu -- hệ số điện môi và chiết suất 0 Mg h RT P kT P P e r - = = ' 0 1 ce e = + P Ec= r r 0 0 0 1D E P E Ece e e e æ ö = + = = +ç ÷ è ø r r r r r 17 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Thông số điện tầng đối lưu (hệ số điện môi và chiết suất) ' 0 0 1 k hc ce e e = + + ' 6155.2 48001 10k hP PT T e -æ ö= + +ç ÷ è ø ' ' 61 78 48001 1 10 2 k h n P P T T e e - - æ ö» » + » + +ç ÷ è ø 18 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Chỉ số chiết suất ( ) 6 78 48001 10 k hN n P PT T æ ö= - = +ç ÷ è ø - Điều kiện gần đúng quang hình 1 1dn n dl l << 2 02 0 1 1dn dn n n dl dl l l << Û << 19 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất -Bán kính cong của quỹ đạo Chia tầng đối lưu thành nhiều lớp, trong mỗi lớp có chiết suất giống nhau và có độ dầy gần bằng nhau - Tầng đối lưu thường 610R dN dh - = 24.10dN dh -= - 610 25000R kmdN dh - = = 20 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Bán kính trái đất tương đương 1 1 1 1 td tda R a R - = - 6 61 1 1 .1010 td aR a a aa a a dNR a a R dh dN dh - = = = = - - + + - Tầng đối lưu thường atd = 8500 km 0 1 22 ( )td tñr a h h= + 2 2 1 2 1 1 2 2' ; '2 2td tdtd td r rh h h h a a = - = - 21 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất - Các dạng khúc xạ tầng đối lưu: Khúc xạ âm: dN/dh > 0 Khúc xạ dương: dN/dh < 0: Tầng đối lưu thường 22 Telecommunications Program Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất Khúc xạ tới hạn Siêu khúc xạ